[科普中国]-帕丘卡罐

简介

湿法冶金中常用的浸取反应器为机械搅拌槽，及气体提升式反应器，后者因其结构简单，造价低廉，性能良好而得到广泛应用。气升式反应器用于冶金通称帕丘卡罐（Pachuca tank，简称巴槽）它起源于墨西哥的Pachuca，由于在该地首先使用而命名。最初用于金矿浸取，已有近百年的历史，以后在锌的湿法冶金，氧化镍矿浸取及氧化铝生产中都有应用。中科院化冶所自50年代起在东川难选氧化铜矿加压氨浸，金川镍矿氨浸以及攀枝花高钙钢渣提钒，钠化钒渣碳酸化水浸提钒等过程中都成功地使用了气升式反应器，并开展了相应的反应工程学方面的研究。主要涉及固体粒子的悬浮性质，矿浆的循环速度，液体的停留时间分布，气液传质性质，流体力学性质等特别是这些性质与结构参数之间的关系。2

帕丘卡罐的结构见图，其具有结构简单，无机械运动部件，易于密封等优点。适于处理量大、含腐蚀性介质及含固量高的物料的操作。

帕丘卡罐的工作原理是当气体沿中心管上升时,中心管内流体的视密度降低,从而造成管内外流体的静压差,形成反应器内流体的循环。为使反应过程顺利进行并使固体颗粒得以悬浮,必需要求有足够的搅拌强度。

气体搅拌在浸出过程中有3个作用：

使浸出物料中固液相均匀混合并使相界面不断更新；

防止粗砂沉积；

对硫化矿等的浸出来说，空气还起氧化剂的作用。3

帕丘卡罐的分类帕丘卡罐有三种不同的类型。

图a为无中心循环管帕丘卡罐，这种设备工作时，除了有整体的环流外，还有局部的涡流作用，可使矿浆混合良好，充气均匀，而且设备结构最简单，较易维修。但是，粗砂易沉积槽底。为了不使粗砂沉积，需增加空气消耗。从这一角度考虑，该类帕丘卡罐较适用于固体物料颗粒较细的矿浆的浸出。有的厂考虑到粗砂对设备构件磨损严重，不利于装设循环管，故也使用无中心循环管的帕丘卡罐来处理粗颗粒物料。

图b为中心循环管低于矿浆液面的帕丘卡罐。由于循环管的作用，空气在管内的流速较高，对矿浆起到一定的提升作用，由此造成上部矿浆向下流动，底部矿浆向上流动，使矿浆沉积底部的现象基本得到克服，并改善厂矿浆短路的情况。矿浆搅拌混合良好。设备结构的复杂性，空气消耗量的大小和矿浆充气情况均居中等，该类设备适用性较大。

图c为中心循环管高于矿浆液面的帕丘卡罐。其在克服粗砂沉积槽底和避免物料短路的情况方面比前两者都好。但其空气耗量大、且结构较复杂、维修工作量大。

实践表明，中心循环管低于矿浆液面的帕丘卡罐是三种浸出槽中较为理想的一种，它兼有其他两种帕丘卡罐的优点，只是在结构的复杂程度和矿浆充气方面稍次于无中心循环管的帕丘卡罐。对此，还可以根据粗砂沉积的具体情况将中心循环管尽量缩短，只需能克服粗砂沉积即可，其高度有的仅需达槽锥底的上沿即可。从而使其结构的复杂件和矿浆充气情况更接近无中心循环管的帕丘卡罐。

标准的帕丘卡罐的直径为22.5ft，底部锥角为60°，内含45ft深、比重为1.6的浆液，通常用300ft3/m的自由空气。4

帕丘卡罐相关参数提升管径对液体循环量的影响提升管径的大小对液体循环量的影响很大，在相同气量下，增大管径可增大循环量，原因是提升管内的摩擦阻力减小。

气量对循环量的影响随气速的增加，液体（或矿浆）的循环量逐淅增加，当提升管内气体的表观雷诺数Re达1500～3000时或空管气速口Vgs达0.7～1.2m/s时，液体循环量达到最大，再增加气速，液体循环量将略有下降。主要是由于气液两相相对滑动及管道摩擦损失增大造成的。对气液固三相系统，当Re=800～1500时或Vgs=0.6～1.0m/s时矿浆循环量达到最大。对气液体系Vgs